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1,第10講I/O口的擴展,電氣工程系趙志衡E-mail:zhzhhe@,2,I/O擴展主要內容,可編程I/O芯片8255A的擴展可編程I/O芯片8155H的擴展計數(shù)器芯片8253的擴展利用串口對并行口的擴展采用通用TTL芯片的擴展電路,3,本講主要內容,I/O擴展概述8255A的工作原理及其擴展采用通用TTL芯片的I/O擴展編程舉例,4,I/O(輸入/輸出)接口是MCS-51與外設交換數(shù)字信息的橋梁。,I/O擴展也屬于系統(tǒng)擴展的一部分。,真正用作I/O口線的只有P1口的8位I/O線和P3口的某些位線。,在多數(shù)應用系統(tǒng)中，MCS-51單片機都需要外擴I/O接口電路。,I/O擴展概述,5,I/O接口電路可實現(xiàn)以下功能：,1.實現(xiàn)和不同外設的速度匹配,大多數(shù)的外設的速度很慢，無法和s量級的單片機速度相比。,單片機只有在確認外設已為數(shù)據(jù)傳送做好準備的前提下才能進行I/O操作。,想知道外設是否準備好，需I/O接口電路與外設之間傳送狀態(tài)信息。,I/O接口的功能,6,2.輸出數(shù)據(jù)鎖存,由于單片機工作速度快，數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)總線上保留的時間十分短暫，無法滿足慢速外設的數(shù)據(jù)接收。I/O電路應具有數(shù)據(jù)鎖存器，以保證接收設備可靠接收。,3.輸入數(shù)據(jù)三態(tài)緩沖,單片機具有多個輸入設備時，使得數(shù)據(jù)總線上可“掛”有多個數(shù)據(jù)源，為不發(fā)生沖突，只允許當前正在進行數(shù)據(jù)傳送的數(shù)據(jù)源使用數(shù)據(jù)總線，其余的應處于隔離狀態(tài)。,7,I/O端口的編址,首先清楚I/O接口（Interface）和I/O端口（Port）的概念。,I/O端口：簡稱I/O口，指具有端口地址的寄存器或緩沖器。,I/O接口：是指單片機與外設間的I/O接口芯片。,一個I/O接口芯片可以有多個I/O端口，（1）數(shù)據(jù)口（2）命令口（3）狀態(tài)口,I/O端口編址是給所有I/O接口中的寄存器分配地址。,8,I/O端口編址兩種方式：獨立編址與統(tǒng)一編址,1．獨立編址方式,I/O寄存器地址空間和存儲器地址空間分開編址，但需專門讀寫I/O的指令和控制信號。,2．統(tǒng)一編址方式,I/O寄存器與數(shù)據(jù)存儲器單元同等對待，統(tǒng)一編址。不需要專門的I/O指令，直接使用訪問數(shù)據(jù)存儲器的指令進行I/O操作，簡單、方便且功能強（MOVX）。,MCS51采用這種方式,9,MCS-51使用統(tǒng)一編址的方式,每一接口芯片中的一個功能寄存器（端口）的地址就相當于一個RAM單元。,I/O數(shù)據(jù)的幾種傳送方式,為實現(xiàn)和不同的外設的速度匹配，I/O接口必須根據(jù)不同外設選擇恰當?shù)腎/O數(shù)據(jù)傳送方式。,I/O數(shù)據(jù)傳送的幾種傳送方式是：,（1）同步傳送（2）查詢傳送（3）中斷傳送。,10,1.同步傳送方式（無條件傳送）,當外設速度和單片機的速度相比擬時，常采用同步傳送方式，最典型的同步傳送就是單片機和外部數(shù)據(jù)存儲器之間的數(shù)據(jù)傳送。,2.查詢傳送方式（條件傳送，異步式傳送）,查詢外設“準備好”后，再進行數(shù)據(jù)傳送。,優(yōu)點：通用性好，硬件連線和查詢程序十分簡單，,缺點：效率不高。,為提高效率，通常采用中斷傳送方式。,11,3.中斷傳送方式.,外設準備好后，發(fā)中斷請求，單片機進入與外設數(shù)據(jù)傳送的中斷服務程序，進行數(shù)據(jù)的傳送。中斷服務完成后又返回主程序繼續(xù)執(zhí)行。工作效率高。,常用的I/O接口電路芯片,Intel公司的配套可編程I/O接口芯片的種類齊全，為擴展I/O接口提供了很大的方便?；蛘卟捎猛ㄓ玫腡TL集成電路芯片。,12,小結,原因：MCS-51單片機本身提供的口線不多（P1、P3）方法：MCS-51單片機將外擴I/O和外部數(shù)據(jù)存儲器統(tǒng)一編址，用戶可以把一部分外部數(shù)據(jù)存儲器的空間（64k）作為I/O地址，通過MOVX指令完成對外擴口的輸入輸出。實現(xiàn)：采用專門的外圍接口芯片8155，8255等采用一般的TTL芯片74LS377，74LS373等,13,可編程并行I/O芯片8255A,引腳及結構介紹3個8位并行口PA、PB、PC。PC可分為高4位與低4位D0~D7數(shù)據(jù)端口A,B兩組控制電路,雙向三態(tài)數(shù)據(jù)接口控制總線接口復位控制RESET,高電平有效,14,8255A的端口,8255端口選擇,8255A端口選擇表,15,8255A功能簡述,8255A的三種工作方式方式0——基本輸入輸出方式1——選通輸入輸出方式2——雙向傳送（僅PA口）8255A的工作方式由控制字選擇,16,8255A控制字,工作方式選擇控制字,C口按位置位/復位控制字,8255A控制字,端口C按位置位/復位控制字,17,8255A工作方式0（基本I/O方式）,兩個8位端口和兩個4位端口任一個端口都可以輸入輸出輸出鎖存而輸入不鎖存數(shù)據(jù)無條件傳送，不需要狀態(tài)端口,18,8255A工作方式1（選通I/O方式）,可用作1或2個選通的輸入或輸出口每個端口包括8位數(shù)據(jù)口和3條固定的控制線可選擇1個端口工作于方式1，余下的工作在方式0可選擇2個端口都工作于方式1,19,工作于方式1下的端口,選通輸入/輸出工作方式。A口和B口通常用于I/O數(shù)據(jù)傳送，C口用作A口和B口的聯(lián)絡線，以中斷或查詢的方式傳送數(shù)據(jù)。,20,8255A接口應用舉例1,8255A與8031接口電路,21,8255A的接口應用舉例1,端口地址確定,8255A各端口寄存器的地址為：,A口：FF7CHB口：FF7DHC口：FF7EH控制寄存器：FF7FH,確定地址的原則：未使用到的片選地址線置1,22,軟件編程,要求8255A工作在方式0，且A口作為輸入，B口、C口作為輸出，程序如下：,MOVA,#90H；A口方式0輸入，B口、；C口輸出的控制字送AMOVDPTR,#0FF7FH；控制寄存器地址→DPTRMOVX@DPTR,A；方式控制字→控制寄存器,MOVDPTR,#0FF7CH；A口地址→DPTRMOVXA,@DPTR；從A口讀數(shù)據(jù)MOVDPTR,#0FF7DH；B口地址→DPTR,MOVA,#55H；要輸出的數(shù)據(jù)55H→AMOVX@DPTR,A；將55H送B口輸出MOVDPTR,#0FF7EH；C口地址→DPTRMOVA,#60H；60H→AMOVX@DPTR,A；將60H送C口輸出,,23,8255A接口應用舉例2,當口A、B工作于非方式0時，要使用到一些C口線，對于這些已被占用的C口不要進行置位、清零操作。,對端口C的置位/復位。先將C口的PC5置“1”，然后將其置“0”MOVDPTR,#0FF7FH;8255A芯片控制口地址MOVA,#0BH;方式控制字送入AMOVX@DPTR,A;方式控制字送入8255APC5=1MOVA,#0AH;方式控制字送入AMOVX@DPTR,A;方式控制字送入8255A,PC5=0,端口C按位置位/復位控制字,24,關于8255A的使用,一般讓8255A工作于方式0，此時MCS-51相當于多了3個I/O口，其中一個（C口）既可以按字節(jié)操作，又可以按位操作。在使用方式1、方式2時，一定要注意對C口控制時序的理解，而且一定要接支持這種時序的外設，例如打印機等。通常8255A可以由方式1、方式2實現(xiàn)的控制，也可以由方式0實現(xiàn)。,25,采用通用TTL芯片的I/O口擴展,在許多情況下，有些開關量或并行數(shù)據(jù)需直接輸出或輸入?？刹捎?D鎖存器和三態(tài)驅動門等進行擴展。（74LS377、74LS273、74LS244等）,26,74LS377作為輸出口,功能說明：74LS377是8D鎖存器，20個管腳，8個輸入（D0~D7）、8個輸出（Q0~Q7）、一個片選E、一個鎖存端時鐘（CLK）上升沿有效，另外，還有電源、地。,,27,74LS377擴展為輸出口,74LS377作為輸出口，試確定其地址，E接P2.7；CLK接WR，377的輸入端接8031的數(shù)據(jù)口，輸出端接8個發(fā)光二極管。地址：7FFFHMovdptr,#7fffhMova,#00hMovx@dptr,a,,28,74LS273作為輸出口,功能說明：74LS273是8D鎖存器，20個管腳，8個輸入（D0~D7）、8個輸出（Q0~Q7）、一個清零端（CLR）、一個鎖存端（CLK）上升沿有效，另外，還有電源、地。,29,74LS273作為輸出口,,地址：8000HMovdptr,#8000hMova,#00hMovx@dptr,a,30,74LS244作為輸入口,功能說明：74LS244是8個三態(tài)線驅動器，20個管腳，2個4輸入端（1A1~1A4）、（2A1~2A4）；2個4輸出端（1Y1~1Y4）、（2Y1~2Y4），兩個控制端1G、2G（低電平有效，否則三態(tài)輸出），另外，還有電源、地。,,31,74LS244作為輸入口,74LS244作為輸入口，試確定其地址，1G、2G均接P2.6、RD的或門輸出端；244的輸出端接8031的數(shù)據(jù)口，輸入端接8個按鍵。地址：BFFFHmovdptr,#0bfffhmovxa,@dptr,,D0D1D2D7,J0J1J2J7,32,提示：,使用TTL芯片擴展8051單片機的I/O口，實際使用中應用很多，要注意加深理解。選擇芯片時，用為輸入的，TTL芯片必須具有三態(tài)輸出。用為輸出的，一般選用具有鎖存功能的TTL芯片，但有時也選用具有三態(tài)輸出的芯片，要看具體電路的功能。,33,END,